EP3379669A1 - Appareil de coupure de courant électrique comportant un afficheur à cristaux liquides et un mécanisme presseur - Google Patents

Appareil de coupure de courant électrique comportant un afficheur à cristaux liquides et un mécanisme presseur Download PDF

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EP3379669A1
EP3379669A1 EP18151566.9A EP18151566A EP3379669A1 EP 3379669 A1 EP3379669 A1 EP 3379669A1 EP 18151566 A EP18151566 A EP 18151566A EP 3379669 A1 EP3379669 A1 EP 3379669A1
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EP
European Patent Office
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display
power cut
current
electrical
roller
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EP18151566.9A
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EP3379669B1 (fr
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Carine Glas
François Vincent
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H9/18—Distinguishing marks on switches, e.g. for indicating switch location in the dark; Adaptation of switches to receive distinguishing marks
    • H01H9/181—Distinguishing marks on switches, e.g. for indicating switch location in the dark; Adaptation of switches to receive distinguishing marks using a programmable display, e.g. LED or LCD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H21/00—Switches operated by an operating part in the form of a pivotable member acted upon directly by a solid body, e.g. by a hand
    • H01H21/02—Details
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    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch
    • H01H3/04—Levers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/042—Means for indicating condition of the switching device with different indications for different conditions, e.g. contact position, overload, short circuit or earth leakage

Definitions

  • Electrical power cutoff devices such as circuit breakers, contactors or switches very frequently include a display means such as a liquid crystal display.
  • a display means such as a liquid crystal display.
  • This means makes it possible to display to the user information on parameter values measured by the apparatus, for example current intensity values, the state of the apparatus, or the reason for a maneuver performed. by the device.
  • This display means is particularly useful when the switching device has proceeded to the opening of the electrical circuit automatically.
  • a circuit breaker can control an opening of its contacts in the event of a short circuit in the electrical installation. The same circuit breaker can also control an opening of its contacts in case of overload of the electrical installation.
  • the type of intervention requested from the user is different depending on whether there has been a short circuit or an overload: in the event of a short circuit, the user must search for the origin of the short circuit and repair the installation, whereas in the case of a overload, the user must simply unload the installation by stopping the operation of one or more electrical equipment.
  • the display on the display means of the cause of the opening of the contacts, short circuit or overload clearly informs the user on the origin of the fault.
  • a power cut-off device is very often de-energized, in particular when a protection device, located upstream in the electrical installation, has detected the fault and has opened the electrical circuit at his level. In this case, the power failure device is unable to supply a display means to indicate the origin of the fault.
  • the object of the invention is a power failure device comprising a display device for maintaining the information displayed at the time of the power failure and allowing a reset of the information displayed before a power-up, without input of auxiliary electrical energy.
  • the figure 1 represents a functional block diagram of a power cut-off device 1.
  • a cut-off device can be a circuit breaker intended to protect a part of an electrical installation against an electrical fault such as a short-circuit, a contactor for controlling the power supply of a receiver or a switch for opening or closing all or part of an electrical installation.
  • a power cut-off device 1 comprises at least one current line 10.
  • Two current lines 10 are represented in FIG. figure 1 , corresponding to a single-phase electrical installation. In a three-phase industrial electrical installation, there are three current lines corresponding to the three phases, or four lines of current when a neutral line is distributed with the three phases. The flow of current is established or cut by the switching device 1 by means of electrical contacts 11.
  • the switching device comprises a display module 20.
  • Said display module 20 comprises a bistable display 21.
  • a bistable display is a display that maintains the displayed information on one of its faces, called viewing face, after cutting off its power supply.
  • the information displayed can be one or more digits, alphanumeric characters or symbols.
  • Such a bistable display is preferably constituted by cholesteric liquid crystals.
  • the display on the bistable display 21 is controlled by a display control circuit 30.
  • the display control circuit 30 and connected to the bistable display 21 to control the display or extinction of all or part numbers, characters or symbols displayed on the display 21.
  • the display 21 is also controllable by pressure: the application of a pressure on the viewing face, for example by means of a mechanical device , causes a permanent orientation of the liquid crystal component of the display 21 in the same direction, the inscriptions that were displayed are erased.
  • the actuating lever 12 is connected to a pressing mechanism 22 by means of a rod 13.
  • the pressing mechanism 22 comprises a roller 23 driven by the rod 13, said roller 23 exerting a pressure on the display face of the display 21 in a phase of its displacement.
  • the figure 2 is a perspective view of the display module 20 and the pressing mechanism 22.
  • the pressing mechanism 22 has a wall 28 placed in a plane in a vertical direction V perpendicular to the display face of the display 21. The vertical direction is represented on the figure 2 by an arrow V.
  • the wall 28 comprises a groove 29 forming a predetermined contour 25.
  • the roller comprises an axis of rotation 24, one end of which is engaged in the groove 29.
  • the axis 24 of the roller 23 is guided in its movement by the groove 29 thus imposing a displacement of the axis and roller assembly along the contour 25.
  • FIG. figure 3A corresponding to a switching device 1 in a stable state, the actuating lever of the switch is in the low position, the contacts 11 being open.
  • the operator activates the lever 12 in the direction indicated by the arrow V.
  • the actuating lever actuates the closing of the contacts 11 and, by means of the connecting rod 13, activates the rolling of the roller 23 by following a first portion 26 of the contour 25.
  • the first portion 26 is parallel and vis-à-vis the display face of the display 21 corresponding to a measurement display area , status of the electrical device or symbol.
  • the figure 3B illustrates a second reference position showing the roller 23 substantially in the middle of the first portion 26.
  • the figure 3C illustrates a third reference position corresponding to the actuating lever in the high position, the contacts 11 are closed.
  • the switching device 1 can remain in this third position as long as an opening command of the contacts 11 is not activated. If the operator decides to open the contacts 11, he actuates the activation lever 12 in the opposite direction indicated by the arrow V.
  • the rod 13 drives the roller in a second portion 27 of the contour 25.
  • the 3D figure corresponds to a fourth reference position illustrating the passage of the roller substantially in the middle of the second portion 27.
  • the actuating lever is in position as illustrated in FIG. figure 3A .
  • a first distance D1 as the distance between the center of the axis 24 of the roller 23 and the display face of the display 21 when said roller 23 traverses the first portion 26.
  • the actuating lever of the switch is in the low position, the roller is located at a first end of the first portion 26 of the contour 25.
  • the operator raises the actuating lever in the vertical direction of bottom up as indicated by the arrow V.
  • the link 13 drives the roller 23 in the groove 29 along the first portion 26 of the path 25 in the direction indicated by the arrow V.
  • figure 3B shows the roller substantially in the middle of the first portion 26.
  • the first distance D1 is slightly smaller than the radius r of the roll 23 so that the roll 23 is in compression on the display face of the display 21.
  • the first distance D1 is equal to 4.5 millimeters
  • the radius r of the roll is equal to 5 millimeters.
  • the roll undergoes a compression equal to (r - D1) is 0.5 millimeters.
  • the first portion 26 being parallel to the display face of the display 21, the compression of the roll generates a pressure on the entire display face of the display 21 vis-à-vis the first portion 26
  • the display 21 is controllable by pressure, the circulation of the roll 23 in the first portion 26 causes an orientation of the liquid crystal component of the display 21 in the same direction, the inscriptions which were visible on the viewing face of the display 21 are erased.
  • the information displayed on the display 21 is reset in the closing phase of the contacts 11 of the switching device 1. This operation does not require electrical energy stored in a battery or taken by an auxiliary power supply. The only mechanical energy required to reset the device is sufficient.
  • the pressure exerted by the roller on the display face of the display 21 must be a calibrated pressure so as not to cause mechanical damage to the display 21 during the passage of the roller 23.
  • the calibrated pressure is between 100 grams / cm 2 and 500 grams / cm 2 .
  • the roller 23 is composed of a compressible material, for example rubber or a polymer in the form of high density foam. It may also consist of several layers of materials of different density, the outer layer being preferably composed of rubber or polymer. These materials are characterized by a stiffness K.
  • the calibrated pressure is adjusted either by adapting the first distance D1 to the stiffness K of the material used, this distance being able to be adjusted by a mechanical adjustment of the first distance D1, or by using a stiffness material K adapted.
  • An opening operation of the electrical contacts 11 is performed by an actuation of the actuating lever 12 in the opposite direction of the arrow V. During this operation, the data displayed by the display 21 must not be erased in order to keep any useful information relating to the cause of the opening of the contacts. For this, when the actuating lever 12 is actuated in the direction opposite to the arrow V, the axis of the roller 23 is guided by the groove 29 along the second portion 27 of the contour 25.
  • ratchets orient the axis of the roller towards the second portion 27 as soon as said roller circulates in the opposite direction of the arrow V.
  • Said second portion 27 is located at a second distance D2 from the display face of the display 21, said second distance D2 being greater than the first distance D1.
  • D2 is greater than the radius r of the roll 23.
  • the circulation of the roll 23 thus has a small impact on the opening operation contacts and in particular does not extend significantly the time required to open contacts.
  • the opening operation of the contacts 11 may be performed either by manual intervention of an operator, or automatically controlled by a fault detection device that actuates the actuating lever by means of a mechanism not shown.
  • the pressing mechanism 22 is connected to a mechanism for actuating the contacts 11 by means of the rod 13 to be activated by the movement of the contacts.
  • Many electric power cut-off devices 1 have magneto-thermal fault detection means consisting of electromechanical components that do not offer any indication to differentiate a trigger caused by an overload or by a short circuit.
  • the figure 4 represents a diagram of a set of circuits intended to display an exceeding of a fault current threshold cut by the breaking device 1.
  • At least one current sensor 31 measures a current flowing in a current line 10.
  • the current sensor 31 is connected to the measuring circuit 32 and provides a signal S representative of the current flowing in the current line 10.
  • Said measuring circuit 32 makes a measurement M of the current flowing in the current line 10.
  • the signal S is rectified and filtered by means of a rectifying diode DR1 and a capacitor C1.
  • the measuring circuit 32 is connected to the display control circuit 30.
  • the display control circuit 30 comprises a comparator 40 making a comparison between the measurement M and a predetermined threshold Sd.
  • the predetermined threshold Sd is between a measurement level M corresponding to an overload and a measurement level M corresponding to a short circuit.
  • Sd is between 120% and 300% of the nominal current of the breaking apparatus 1.
  • the measuring circuit 30 controls the display of a symbol on the 21, for example a symbol "CC" to indicate that the switchgear has measured a current greater than 300% of the rated current, which corresponds to a short circuit, before opening the contacts 11.
  • a symbol "CC” to indicate that the switchgear has measured a current greater than 300% of the rated current, which corresponds to a short circuit, before opening the contacts 11.
  • the measuring and display circuits 21 are arranged to give an indication of the maximum current flowing in the current line 10.
  • the current sensor 31 and the measuring circuit 32 have the function described above.
  • the display control circuit 30 comprises several comparators 41, 42, 43 respectively performing a comparison between the measurement M applied to their positive input and a predetermined threshold Smax1, Smax2 Smax3 applied to their negative input.
  • the thresholds Smax1, Smax2 Smax3 are realized by successive division of a voltage Vcc by means of resistors R1, R2, R3, R4 forming a resistive divider bridge referenced with respect to a reference potential Vss.
  • the adjustment of the value of the resistors R1, R2, R3, R4 defines the thresholds Smax1, Smax2 Smax3.
  • Smax1 is less than Smax2 and Smax2 is less than Smax3.
  • the output of each comparator 41, 42, 43 is connected to a display symbol of the display 21.
  • a first symbol is displayed on the display 21.
  • a second symbol is displayed on the display 21.
  • the threshold Smax2 being greater than the threshold Smax1 the first symbol remains displayed.
  • the display 21 is in the form of a stack of bars (in English "bargraph") represented in figure 5 .
  • a third symbol is displayed when the measure M exceeds the threshold Smax3. It is obvious that number of threshold is not limited and can be adapted to the need of the user. Thus the maximum amplitude reached by the current flowing in the current line 10 is stored on the display 21.
  • One or more sensors 31, a measuring circuit 32 and a display control circuit 30 can be made at low cost , in a minimal space that can be implanted in a magnetothermal electrical breaking device. An indicator for exceeding the threshold or maximum current the user valuable information to the diagnosis of a fault in the electrical installation.
  • at least one current sensor 31 is dedicated to the supply of energy for supplying the measurement circuits 32 and the display control circuit 30. The signal supplied by the current sensor is rectified and filtered in order to provide a rectified voltage. Continuous operable to supply the measurement circuits 32 and display control 30.
  • said measuring circuits 32 and display control 30 are low consumption circuits.
  • the display control circuit 30 includes a control input 33 for canceling the display of the measurement or the symbol displayed on the display 21, for example by means of the application of a voltage on the input control 33 to force the tilting of the comparators 41, 42, 43 to a state corresponding to an initial state upon power-up.
  • This function is intended to initialize the display without maneuvering the operating lever, for example in the context of testing the product on an industrial production line.

Landscapes

  • Breakers (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

Appareil de coupure de courant électrique (1) comportant : - au moins un contact électrique (11), - une manette d'actionnement (12) agencée pour actionner le contact électrique (11), - un module d'affichage (20) comprenant un afficheur bistable à cristaux liquides (21), et - un circuit de commande d'affichage (30), relié à l'afficheur (21), pour commander un affichage d'au moins une valeur d'une grandeur électrique, d'un symbole ou d'un état de l'appareil de coupure (1) sur l'afficheur (21). L'afficheur (21) est commandable par pression et le module d'affichage (20) comporte un mécanisme presseur (22), relié à la manette d'actionnement, ledit mécanisme étant agencé pour exercer une pression sur une face de visualisation dudit afficheur (21) lors d'une activation de la manette d'actionnement (12).

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne un appareil de coupure de courant électrique comportant :
    • au moins un conducteur de courant,
    • au moins un contact électrique, relié en série avec le conducteur de courant, ledit contact ayant une position fermée pour établir la circulation du courant dans le conducteur de courant et une position ouverte pour couper le courant dans le conducteur de courant,
    • une manette d'actionnement agencée pour actionner le contact électrique en position fermée ou en position ouverte,
    • un afficheur à cristaux liquides,
    • un circuit de commande d'affichage, relié à l'afficheur, pour commander un affichage sur l'afficheur à cristaux liquides.
    ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Les appareils de coupure de courant électrique tels que les disjoncteurs, contacteurs ou interrupteurs, comportent très fréquemment un moyen d'affichage tel qu'un écran à cristaux liquides. Ce moyen permet d'afficher à l'utilisateur des informations sur des valeurs de paramètres mesurés par l'appareil, par exemple des valeurs d'intensité de courant, l'état de l'appareil, ou encore la raison d'une manoeuvre exécutée par l'appareil. Ce moyen d'affichage est particulièrement utile quand l'appareil de coupure a procédé à l'ouverture du circuit électrique de manière automatique. Par exemple un disjoncteur peut commander une ouverture de ses contacts en cas de court-circuit dans l'installation électrique. Le même disjoncteur peut aussi commander une ouverture de ses contacts en cas de surcharge de l'installation électrique. Le type d'intervention demandé à l'utilisateur est différent selon qu'il y a eu un court-circuit ou une surcharge : dans le cas d'un court-circuit, l'utilisateur doit rechercher l'origine du court-circuit et réparer l'installation alors que dans le cas d'une surcharge, l'utilisateur doit simplement délester l'installation en arrêtant le fonctionnement d'un ou plusieurs équipements électriques. Ainsi, l'affichage, sur le moyen d'affichage, de la cause de l'ouverture des contacts, court-circuit ou surcharge, informe clairement l'utilisateur sur l'origine du défaut. Cependant, après avoir ouvert le circuit électrique, un appareil de coupure de courant se retrouve très souvent hors tension, en particulier quand un appareil de protection, situé en amont dans l'installation électrique, a détecté le défaut et a ouvert le circuit électrique à son niveau. Dans ce cas, l'appareil de coupure de courant est dans l'incapacité d'alimenter un moyen d'affichage pour indiquer l'origine du défaut. D'autre part, il est nécessaire de réinitialiser les données affichées sur le moyen d'affichage avant de remettre l'installation sous tension de manière à disposer d'une information actualisée si le défaut persiste lors de la remise sous tension. Pour pallier cet inconvénient, certains appareils disposent d'une réserve d'énergie sous forme de batterie. On connait en particulier le document US 5 089 928 « Processor controlled circuit breaker trip system having reliable status display » décrivant un dispositif permettant une mémorisation de la cause de déclenchement et une commande d'affichage sur un affichage à cristaux liquides. On connait également le document US 2010 / 0149711 A1 , «Circuit breaker with bistable display », décrivant un dispositif d'affichage bistable conservant un affichage de l'information après ouverture du circuit électrique grâce à la propriété bistable de l'affichage. Dans ces deux cas, la batterie fournit également l'énergie pour réinitialiser l'affichage après réparation et avant la remise sous tension de l'installation. On connait le document EP 2 267 465 A1 « Dispositif et procédé d'indication de défauts électriques, ensemble et tableau électrique comportant un tel dispositif ». Un tel dispositif maintient un affichage permettant la localisation de l'origine d'un défaut électrique dans une installation. Les solutions ainsi décrites sont réservées aux appareils dont le fonctionnement est assuré par des circuits électroniques de traitement, pour lesquels le coût de la réserve d'énergie est faible comparé au coût de l'ensemble des circuits ou encore aux appareils nécessitant des circuits de traitement électroniques pour assurer leur fonctionnement principal.
  • On connait les documents US 5 353 014 « circuit breaker with indicator lights » ou US 3 742 402 « circuit breaker with ON, OFF, and TRIP indication » qui décrivent des moyens destinés à visualiser, sous forme lumineuse, l'état de l'appareil (ouvert, fermé ou déclenché), visualisation qui est aussi donnée par la position de la manette du disjoncteur. Cependant, ne disposant pas de source d'énergie autonome, ces moyens ne sont visibles après déclenchement que si les connexions amont de l'appareil restent sous tension. L'utilisation d'un dispositif d'affichage bistable pourrait résoudre le problème de la rémanence de l'information hors tension mais ne permet pas la réinitialisation des informations affichées avant une remise sous tension.
    L'objet de l'invention est un appareil de coupure de courant comportant un dispositif d'affichage permettant un maintien des informations affichées au moment de la coupure de courant et permettant une réinitialisation des informations affichées avant une remise sous tension, sans apport d'énergie électrique auxiliaire.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Pour cela, l'invention décrit un appareil de coupure de courant électrique comportant
    • au moins un contact électrique ayant une position fermée pour établir la circulation d'un courant dans un conducteur de courant électrique et une position ouverte pour couper ledit courant dans ledit conducteur de courant,
    • une manette d'actionnement agencée pour actionner le contact électrique en position fermée ou en position ouverte,
    • un module d'affichage comprenant un afficheur bistable à cristaux liquides, et
    • un circuit de commande d'affichage, relié à l'afficheur, pour commander un affichage d'au moins une valeur d'une grandeur électrique ou d'un état de l'appareil de coupure ou d'un symbole sur l'afficheur,
    tel que l'afficheur est commandable par pression et que le module d'affichage comporte un mécanisme presseur, relié à la manette d'actionnement, ledit mécanisme presseur étant agencé pour exercer une pression sur une face de visualisation dudit afficheur lors d'une activation de la manette d'actionnement. Préférentiellement, l'afficheur comporte des cristaux liquides cholestériques.
  • Préférentiellement, le mécanisme presseur comprend un rouleau agencé pour rouler sur la face de visualisation de l'afficheur en exerçant une pression calibrée sur la face dudit afficheur.
    Avantageusement, la pression calibrée exercée par le rouleau est comprise entre 100 grammes/cm2 et 500 grammes/cm2.
    Selon un mode de réalisation préférentiel, le rouleau comporte un axe de rotation ayant au moins une extrémité guidée selon un contour prédéterminé.
    De préférence, le mécanisme presseur comporte au moins une paroi perpendiculaire à la face de visualisation de l'afficheur, ladite paroi comportant une rainure suivant la forme du contour prédéterminé pour guider l'extrémité de l'axe de rotation du rouleau.
    Avantageusement, le contour comporte une première portion parallèle et en vis-à-vis de la face de visualisation de l'afficheur, ladite première portion étant située à une première distance de ladite face de visualisation de l'afficheur.
    Avantageusement, la première portion du contour est en vis-à-vis de la face de visualisation de l'afficheur correspondant à une zone d'affichage de mesure, d'état ou de symbole.
    De préférence, le rouleau comporte une zone de roulement compressible.
    Avantageusement ; la première distance est dimensionnée pour créer une compression du rouleau sur ladite face de l'afficheur lorsque ledit rouleau parcourt ladite première portion du contour, ladite compression exerçant la pression calibrée sur la face de visualisation dudit afficheur.
    Avantageusement, le mécanisme presseur est agencé pour que le rouleau parcourt la première portion du contour lors de l'activation de la manette d'actionnement pour actionner le contact électrique en position fermée.
    Préférentiellement, le contour comporte une seconde portion agencée pour que le rouleau parcourt la seconde portion du contour lors de l'activation de la manette d'actionnement pour actionner le contact électrique en position ouverte.
    Avantageusement, la seconde portion est située à une seconde distance de la face de visualisation de l'afficheur, la seconde distance étant supérieure à la première distance.
    L'invention décrit également un appareil de coupure de courant électrique tel que décrit précédemment comportant, en outre :
    • au moins un capteur de courant agencé pour fournir un signal représentatif du courant circulant dans le conducteur de courant, et
    • un circuit de mesure relié au capteur de courant pour effectuer une ou plusieurs mesures de grandeur électrique, ledit circuit de mesure étant relié au circuit de commande d'affichage,
    de façon à ce que le circuit de mesure effectue une mesure d'un courant circulant dans la ligne de courant.
    Avantageusement, le circuit de commande d'affichage compare la mesure du courant mesuré par le circuit de mesure à un seuil défaut prédéterminé pour commander l'affichage d'une valeur du courant mesuré ou d'un symbole sur l'afficheur quand ladite mesure est supérieure au seuil défaut prédéterminé.
    Selon une variante, le circuit de commande d'affichage compare la mesure du courant mesuré par le circuit de mesure à au moins un seuil maximum prédéterminé pour commander l'affichage sur l'afficheur d'un symbole correspondant au seuil maximum prédéterminé quand ladite mesure est supérieure audit seuil maximum prédéterminé.
    Avantageusement, le au moins au moins un capteur de courant fournit de l'énergie pour alimenter les circuits de mesure et de commande d'affichage. Préférentiellement, le circuit de commande d'affichage comporte une entrée de commande pour effacer l'affichage de la mesure ou du symbole affiché sur l'afficheur. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 représente un synoptique fonctionnel d'un appareil de coupure de courant comportant un module d'affichage et un mécanisme presseur selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention,
    • la figure 2 est une vue en perspective du module d'affichage et du mécanisme presseur selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention,
    • les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent des vues de profil du mécanisme presseur et du module d'affichage illustrant le parcours d'un rouleau du mécanisme presseur en quatre points d'un contour prédéterminé,
    • la figure 4 représente un schéma d'un ensemble de circuits destinés à mesurer et afficher un dépassement d'un seuil de courant de défaut coupé par l'appareil de coupure, et
    • la figure 5 représente un schéma d'un ensemble de circuits destinés à mesurer et afficher un dépassement de plusieurs seuils de courant circulant dans l'appareil de coupure.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES
  • La figure 1 représente un synoptique fonctionnel d'un appareil de coupure de courant 1. Un tel appareil de coupure peut être un disjoncteur destiné à la protection d'une partie d'une installation électrique contre un défaut électrique tel qu'un court-circuit, un contacteur destiné à commander l'alimentation électrique d'un récepteur ou encore un interrupteur destiné à ouvrir ou fermer tout ou partie d'une installation électrique. Un appareil de coupure de courant 1 comporte au moins une ligne de courant 10. Deux lignes de courant 10 sont représentées en figure 1, correspondant à une installation électrique monophasée. Dans une installation électrique industrielle triphasée, on dénombre trois lignes de courant correspondant aux trois phases, ou quatre lignes de courant lorsqu'une ligne neutre est distribuée avec les trois phases. La circulation du courant est établie ou coupée par l'appareil de coupure 1 au moyen de contacts électriques 11. En position fermée, un contact électrique 11 établit la circulation d'un courant dans un conducteur de courant électrique 10. En position ouverte, le contact électrique 11 coupe le courant électrique dans le conducteur de courant 10. Les contacts électriques 11 sont commandés par une manette d'actionnement 12 actionnée manuellement par un opérateur ou actionnée automatiquement par un dispositif de détection de défaut, par exemple un détecteur de court-circuit, au moyen d'un organe de commande non représenté sur la figure 1. L'appareil de coupure selon l'invention comporte un module d'affichage 20. Ledit module d'affichage 20 comporte un afficheur bistable 21. Un afficheur bistable est un afficheur qui maintient l'information affichée sur une de ses faces, appelée face de visualisation, après coupure de son alimentation. L'information affichée peut être un ou plusieurs chiffres, des caractères alphanumériques ou des symboles. Un tel afficheur bistable est préférentiellement constitué par des cristaux liquides cholestériques. L'affichage sur l'afficheur bistable 21 est commandé par un circuit de commande d'affichage 30. Le circuit de commande d'affichage 30 et relié à l'afficheur bistable 21 pour commander l'affichage ou l'extinction de tout ou partie des chiffres, caractères ou symboles affichés sur l'afficheur 21. Selon l'invention, l'afficheur 21 est commandable également par pression : l'application d'une pression sur la face de visualisation, par exemple au moyen d'un dispositif mécanique, provoque une orientation permanente des cristaux liquides composant l'afficheur 21 selon une même direction, les inscriptions qui étaient affichées sont effacées. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la manette d'actionnement 12 est reliée à un mécanisme presseur 22 au moyen d'une biellette 13. Le mécanisme presseur 22 comporte un rouleau 23 entraîné par la biellette 13, ledit rouleau 23 exerçant une pression sur la face de visualisation de l'afficheur 21 dans une phase de son déplacement.
    La figure 2 représente une vue en perspective du module d'affichage 20 et du mécanisme presseur 22. Le mécanisme presseur 22 comporte une paroi 28 placée dans un plan selon une direction verticale V perpendiculairement à la face de visualisation de l'afficheur 21. La direction verticale est représentée sur la figure 2 par une flèche V. La paroi 28 comporte une rainure 29 formant un contour prédéterminé 25. Le rouleau comporte un axe de rotation 24 dont une extrémité est engagée dans la rainure 29. Ainsi l'axe 24 du rouleau 23 est guidé dans son déplacement par la rainure 29 imposant ainsi un déplacement de l'ensemble axe et rouleau selon le contour 25. Les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent des vues de profil du mécanisme presseur 22 et du module d'affichage 20 illustrant le parcours du rouleau 23 en quatre points du contour 25. Une première position de référence est illustrée en figure 3A, correspondant à un appareil de coupure 1 dans un état stable, la manette d'actionnement de l'interrupteur est en position basse, les contacts 11 étant ouverts. Dans une première phase, pour fermer les contacts 11, l'opérateur active la manette 12 dans le sens indiqué par la flèche V. La manette d'actionnement actionne la fermeture des contacts 11 et, au moyen de la biellette 13, active le roulement du rouleau 23 en suivant une première portion 26 du contour 25. La première portion 26 est parallèle et en vis-à-vis de la face de visualisation de l'afficheur 21 correspondant à une zone d'affichage de mesure, d'état de l'appareil électrique ou de symbole. La figure 3B illustre une deuxième position de référence montrant le rouleau 23 sensiblement au milieu de la première portion 26. La figure 3C illustre une troisième position de référence correspondant à la manette d'actionnement en position haute, les contacts 11 sont fermés. L'appareil de coupure 1 peut rester dans cette troisième position tant qu'une commande d'ouverture des contacts 11 n'est pas activée. Si l'opérateur décide d'ouvrir les contacts 11, il actionne la manette d'activation 12 dans le sens inverse indiqué par la flèche V. La biellette 13 entraîne le rouleau selon une seconde portion 27 du contour 25. La figure 3D correspond à une quatrième position de référence illustrant le passage du rouleau sensiblement au milieu de la seconde portion 27. A la fin de la manoeuvre d'ouverture des contacts 11, la manette d'actionnement est en position telle qu'illustrée en figure 3A.
    Sur la figure 3A, nous définissons une première distance D1 comme étant la distance entre le centre de l'axe 24 du rouleau 23 et la face de visualisation de l'afficheur 21 lorsque ledit rouleau 23 parcourt la première portion 26. La manette d'actionnement de l'interrupteur est en position basse, le rouleau est situé à une première extrémité de la première portion 26 du contour 25. Lors de l'activation de la manette d'actionnement 12, l'opérateur monte la manette d'actionnement dans le sens vertical de bas en haut comme indiqué par la flèche V. La biellette 13 entraîne le rouleau 23 dans la rainure 29 selon la première portion 26 du parcours 25 dans le sens indiqué par la flèche V. La figure 3B montre le rouleau sensiblement en milieu de la première portion 26. Afin d'exercer une pression sur la face de visualisation de l'afficheur 21 lors de l'activation de la manette d'actionnement, la première distance D1 est légèrement inférieure au rayon r du rouleau 23 de telle sorte que le rouleau 23 est en compression sur la face de visualisation de l'afficheur 21. Par exemple, la première distance D1 est égale à 4,5 millimètres, le rayon r du rouleau est égal à 5 millimètres. Ainsi le rouleau subit une compression égale à (r - D1) soit 0,5 millimètres. La première portion 26 étant parallèle à la face de visualisation de l'afficheur 21, la compression du rouleau génère une pression sur toute la face de visualisation de l'afficheur 21 en vis-à-vis de la première portion 26 du contour 25. L'afficheur 21 est commandable par pression, la circulation du rouleau 23 dans la première portion 26 provoque une orientation des cristaux liquides composant l'afficheur 21 selon une même direction, les inscriptions qui étaient visibles sur la face de visualisation de l'afficheur 21 sont effacées. Ainsi les informations affichées sur l'afficheur 21 sont réinitialisées dans la phase de fermeture des contacts 11 de l'appareil de coupure 1. Cette opération ne nécessite pas d'énergie électrique stockée dans une batterie ou prélevée par une alimentation auxiliaire. La seule énergie mécanique nécessaire au réarmement de l'appareil est suffisante.
    La pression exercée par le rouleau sur la face de visualisation de l'afficheur 21 doit être une pression calibrée afin de ne pas causer de dommage mécanique à l'afficheur 21 lors du passage du rouleau 23. Préférentiellement la pression calibrée est comprise entre 100 grammes/cm2 et 500 grammes/cm2. Selon un mode de réalisation préférentielle, le rouleau 23 est composé d'un matériau compressible, par exemple du caoutchouc ou un polymère sous forme de mousse de haute densité. Il peut également être constitué de plusieurs couches de matériaux de densité différente, la couche externe étant de préférence composée de caoutchouc ou polymère. Ces matériaux sont caractérisés par une raideur K. La force F exercée par le rouleau sur la face de visualisation est proportionnelle à la raideur K et à la compression du rouleau, F = K . (r - D1). La pression calibrée est ajustée soit en adaptant la première distance D1 à la raideur K du matériau employé, cette distance pouvant être ajustée par un réglage mécanique de la première distance D1, soit en utilisant un matériau de raideur K adaptée.
    Une manoeuvre d'ouverture des contacts électriques 11 est réalisée par un actionnement de la manette d'actionnement 12 en sens inverse de la flèche V. Lors de cette manoeuvre, les données affichées par l'afficheur 21 ne doivent pas être effacées afin de garder toute information utile relative à la cause de l'ouverture des contacts. Pour cela, lors de l'actionnement de la manette d'actionnement 12 en sens inverse de la flèche V, l'axe du rouleau 23 est guidé par la rainure 29 selon la seconde portion 27 du contour 25. Préférentiellement, des cliquets, non représentés, orientent l'axe du rouleau vers la seconde portion 27 dès que ledit rouleau circule en sens inverse de la flèche V. Ladite seconde portion 27 est située à une seconde distance D2 de la face de visualisation de l'afficheur 21, ladite seconde distance D2 étant supérieure à la première distance D1. Préférentiellement, D2 est supérieure au rayon r du rouleau 23. Ainsi, lors de la manoeuvre d'ouverture des contacts 11, le rouleau 23, guidé par la rainure 29 selon la seconde portion 27 du contour 25, n'exerce pas de pression sur la face d'affichage. L'afficheur 21 ayant des propriétés de bistabilité, les inscriptions visibles sur la face de visualisation de l'afficheur 21 sont conservées. D'autre part, la circulation du rouleau 23 selon la seconde portion 27 prélève une part faible de l'énergie mécanique nécessaire à l'ouverture des contacts 11. La circulation du rouleau 23 a ainsi un impact faible sur l'opération d'ouverture des contacts et en particulier n'allonge pas notablement le temps nécessaire à l'ouverture des contacts.
    La manoeuvre d'ouverture des contacts 11 peut être réalisée soit par intervention manuelle d'un opérateur, soit commandée automatiquement par un dispositif de détection de défaut venant actionner la manette d'actionnement au moyen d'un mécanisme non représenté. En variante, le mécanisme presseur 22 est relié à un mécanisme d'actionnement des contacts 11 au moyen de la biellette 13 afin d'être activé par le mouvement des contacts.
    De nombreux appareils de coupure de courant électrique 1 disposent de moyens magnétothermiques de détection de défaut constitués de composants électromécaniques n'offrant pas d'indication permettant de différencier un déclenchement causé par une surcharge ou par un court-circuit. La figure 4 représente un schéma d'un ensemble de circuits destinés à afficher un dépassement d'un seuil de courant de défaut coupé par l'appareil de coupure 1. Au moins un capteur de courant 31 mesure un courant circulant dans une ligne de courant 10. Le capteur de courant 31 est relié au circuit de mesure 32 et fournit un signal S représentatif du courant circulant dans la ligne de courant 10. Ledit circuit de mesure 32 effectue une mesure M du courant circulant dans la ligne de courant 10. Pour cela, le signal S est redressé et filtré au moyen d'une diode de redressement DR1 et d'un condensateur C1. Le circuit de mesure 32 est relié au circuit de commande d'affichage 30. Le circuit de commande d'affichage 30 comporte un comparateur 40 effectuant une comparaison entre la mesure M et un seuil prédéterminé Sd. De préférence, le seuil prédéterminé Sd est compris entre un niveau de mesure M correspondant à une surcharge et un niveau de mesure M correspondant à un court-circuit. Par exemple, Sd est compris entre 120% et 300% du courant nominal de l'appareil de coupure 1. Si la mesure M est supérieure au seuil prédéterminé Sd, le circuit de mesure 30 commande l'affichage d'un symbole sur l'afficheur 21, par exemple un symbole « C-C » pour signifier que l'appareil de coupure a mesuré un courant supérieur à 300% du courant nominal, ce qui correspond à un court-circuit, avant d'ouvrir les contacts 11. Quand l'appareil 11 a ouvert les contacts mais que le symbole « C-C » n'est pas affiché, il s'agit simplement d'une surcharge ou d'une ouverture manuelle.
    En variante, illustrée en figure 5, les circuits de mesure 30 et d'affichage 21 sont agencés pour donner une indication sur le courant maximum ayant circulé dans la ligne de courant 10. Le capteur de courant 31 et le circuit de mesure 32 ont la fonction décrite précédemment. Le circuit de commande d'affichage 30 comporte plusieurs comparateurs 41, 42, 43 effectuant respectivement une comparaison entre la mesure M appliquée à leur entrée positive et un seuil prédéterminé Smax1, Smax2 Smax3 appliqué à leur entrée négative. Les seuils Smax1, Smax2 Smax3 sont réalisés par division successive d'une tension Vcc au moyen de résistances R1, R2, R3, R4 formant un pont diviseur résistif référencé par rapport à un potentiel de référence Vss. L'ajustage de la valeur des résistances R1, R2, R3, R4 définit les seuils Smax1, Smax2 Smax3. Par construction, Smax1 est inférieur à Smax2 et Smax2 est inférieur à Smax3. La sortie de chaque comparateur 41, 42, 43 est reliée à un symbole d'affichage de l'afficheur 21. Ainsi, quand la mesure M dépasse le seuil Smax1, un premier symbole est affiché sur l'afficheur 21. Quand la mesure M dépasse le seuil Smax2, un deuxième symbole est affiché sur l'afficheur 21. Le seuil Smax2 étant supérieur au seuil Smax1 le premier symbole reste affiché. L'afficheur 21 se présente sous la forme d'un empilement de barres (en anglais « bargraph ») représenté en figure 5. Un troisième symbole est affiché quand la mesure M dépasse le seuil Smax3. Il est évident que nombre de seuil n'est pas limité et peut être adapté au besoin de l'utilisateur. Ainsi l'amplitude maximale atteinte par le courant circulant dans la ligne de courant 10 est mémorisée sur l'affichage 21. Un ou plusieurs capteurs 31, un circuit de mesure 32 et un circuit de commande d'affichage 30 peuvent être réalisés à faible coût, dans un encombrement minimal pouvant être implanté dans un appareil de coupure électrique magnétothermique. Un indicateur de dépassement de seuil ou de courant maximum apporte à l'utilisateur une information précieuse au diagnostic d'un défaut dans l'installation électrique.
    Optionnellement, au moins un capteur de courant 31 est dédié à la fourniture d'énergie pour alimenter les circuits de mesure 32 et de commande d'affichage 30. Le signal fournit par le capteur de courant est redressé et filtré afin de fournir une tension redressée continue utilisable pour alimenter les circuits de mesure 32 et de commande d'affichage 30. Préférentiellement, lesdits circuits de mesure 32 et de commande d'affichage 30 sont des circuits basse consommation.
    En option, le circuit de commande d'affichage 30 comporte une entrée de commande 33 pour effacer l'affichage de la mesure ou du symbole affiché sur l'afficheur 21 par exemple au moyen de l'application d'une tension sur l'entrée de commande 33 pour forcer le basculement des comparateurs 41, 42, 43 dans un état correspondant à un état initial lors d'une mise sous tension. Cette fonction est destinée à initialiser l'affichage sans manoeuvrer la manette d'actionnement, par exemple dans le cadre du test du produit sur une chaîne de fabrication industrielle.

Claims (18)

  1. Appareil de coupure de courant électrique (1) comportant :
    - au moins un contact électrique (11) ayant une position fermée pour établir la circulation d'un courant dans un conducteur de courant électrique (10) et une position ouverte pour couper ledit courant dans ledit conducteur de courant (10),
    - une manette d'actionnement (12) agencée pour actionner le contact électrique (11) en position fermée ou en position ouverte,
    - un module d'affichage (20) comprenant un afficheur bistable à cristaux liquides (21), et
    - un circuit de commande d'affichage (30), relié à l'afficheur (21), pour commander un affichage d'au moins une valeur d'une grandeur électrique ou d'un état de l'appareil de coupure (1) ou d'un symbole sur l'afficheur (21),
    caractérisé en ce que l'afficheur (21) est commandable par pression et que le module d'affichage (20) comporte un mécanisme presseur (22), relié à la manette d'actionnement (12), ledit mécanisme presseur (22) étant agencé pour exercer une pression sur une face de visualisation dudit afficheur (21) lors d'une activation de la manette d'actionnement (12).
  2. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'afficheur (21) comporte des cristaux liquides cholestériques.
  3. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le mécanisme presseur (22) comprend un rouleau (23) agencé pour rouler sur la face de visualisation de l'afficheur (21) en exerçant une pression calibrée sur la face dudit afficheur (21).
  4. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pression calibrée exercée par le rouleau (23) est comprise entre 100 grammes/cm2 et 500 grammes/cm2.
  5. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que le rouleau (23) comporte un axe de rotation (24) ayant au moins une extrémité guidée selon un contour prédéterminé (25).
  6. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 5 caractérisé en ce que le mécanisme presseur (22) comporte au moins une paroi (28) perpendiculaire à la face de visualisation de l'afficheur (21), ladite paroi comportant une rainure (29) suivant la forme du contour prédéterminé (25) pour guider l'extrémité de l'axe de rotation (24) du rouleau (23).
  7. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que le contour (25) comporte une première portion (26) parallèle et en vis-à-vis de la face de visualisation de l'afficheur (21), ladite première portion (26) étant située à une première distance (D1) de ladite face de visualisation de l'afficheur.
  8. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 7 caractérisé en ce que la première portion (26) du contour (25) est en vis-à-vis de la face de visualisation de l'afficheur (21) correspondant à une zone d'affichage de mesure, d'état ou de symbole.
  9. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 3 à 8 caractérisé en ce que le rouleau (23) comporte une zone de roulement compressible.
  10. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 9 caractérisé en ce que la première distance (D1) est dimensionnée pour créer une compression du rouleau (23) sur ladite face de l'afficheur (21) lorsque ledit rouleau (23) parcourt ladite première portion (26) du contour, ladite compression exerçant la pression calibrée sur la face de visualisation dudit afficheur (21).
  11. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le mécanisme presseur (22) est agencé pour que le rouleau (23) parcourt la première portion (26) du contour (25) lors de l'activation de la manette d'actionnement (12) pour actionner le contact électrique (11) en position fermée.
  12. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 11 caractérisé en ce que le contour (25) comporte une seconde portion (27) agencée pour que le rouleau (23) parcourt la seconde portion (27) du contour (25) lors de l'activation de la manette d'actionnement (12) pour actionner le contact électrique (11) en position ouverte.
  13. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 12 caractérisé en ce que la seconde portion (27) est située à une seconde distance (D2) de la face de visualisation de l'afficheur (21), la seconde distance (D2) étant supérieure à la première distance (D1).
  14. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 1 à 13 comportant :
    - au moins un capteur de courant (31) agencé pour fournir un signal représentatif du courant circulant dans le conducteur de courant (10), et
    - un circuit de mesure (32) relié au capteur de courant (31) pour effectuer une ou plusieurs mesures de grandeur électrique, ledit circuit de mesure (32) étant relié au circuit de commande d'affichage (30),
    caractérisé en ce que le circuit de mesure (32) effectue une mesure (M) d'un courant circulant dans la ligne de courant (10).
  15. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 14 caractérisé en ce que le circuit de commande d'affichage (30) compare la mesure (M) du courant mesuré par le circuit de mesure (32) à un seuil défaut prédéterminé (Sd) pour commander l'affichage d'une valeur du courant mesuré ou d'un symbole sur l'afficheur (21) quand ladite mesure (M) est supérieure au seuil défaut prédéterminé (Sd).
  16. Appareil de coupure de courant électrique selon la revendication 14 caractérisé en ce que le circuit de commande d'affichage (30) compare la mesure (M) du courant mesuré par le circuit de mesure (32) à au moins un seuil maximum prédéterminé (Smax) pour commander l'affichage sur l'afficheur (21) d'un symbole correspondant au seuil maximum prédéterminé (Smax) quand ladite mesure (M) est supérieure audit seuil maximum prédéterminé (Smax).
  17. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 14 à 16 caractérisé en ce que le au moins au moins un capteur de courant (31) fournit de l'énergie pour alimenter les circuits de mesure (32) et de commande d'affichage (30).
  18. Appareil de coupure de courant électrique selon l'une des revendications 1 à 17 caractérisé en ce que le circuit de commande d'affichage (30) comporte une entrée de commande (33) pour effacer l'affichage de la mesure ou du symbole affiché sur l'afficheur (21).
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